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酸碱滴定曲线和指示剂的选择

  • 发布日期:2016/12/28 9:46:04 阅读次数:2551
  • 酸碱滴定过程中,溶液的pH可以利用酸度计测量出来,也可以通过公式进行计算。如果以滴定剂的加入量或中和百分数为横坐标,溶液的pH为纵坐标作图,所得曲线称为酸碱滴定曲线。根据滴定曲线,可以观察滴定过程中溶液pH的变化情况,判断被测物质能否被准确滴定,选择最合适的指示pi指示滴定终点。

    一、强酸强碱的滴定

    1.曲线绘制

    以0.1000mol·L-1 NaOH标准溶液滴定20.00mL0.1000mol·L-1 HCl溶液为例,讨论强酸强碱相互滴定时的滴定曲线及指示剂的选择。各不同阶段溶液的pH计算如下:

    (1)滴定开始前由于HCl是强酸,全部离解,所以溶液的H十浓度等于HCl的原始浓度。即

    c(H+)=0.1000mol·L-1pH=1.00

    (2)滴定开始至化学计量点前在这段滴定过程中,随着NaOH溶液的不断加入,溶液的酸度取决于剩余HCI。即

    c(H+)=(HCl的原始浓度×剩余HCl的体积)/ 溶液总体积

    (3)化学计量点时当加入20.00mLNaOH溶液时,HCl全部被中和,溶液中的H+来自水的离解,即

    c(H+)=1.0×10-7(mol·L-1)

    (4)化学计量点后化学计量点以后,再继续加入NaOH,碱便过量了。溶液酸度取决于过量NaOH的浓度。即

    c(OH-)=(NaOH的原始浓度×过量NaOH的体积)/溶液总体积

    2.曲线分析

    化学计量点前后一定相对误差范围内(如士0.1%)溶液pH的突变,称为滴定突跃。滴定突跃所在的pH范围,称为滴定的pH突跃范围,简称突跃范围。指示剂的选择就是以突跃范围为依据的。选择指示剂的原则是:该指示剂的变色范围应全部或部分落在滴定的突跃范围之内。对于0.1000mol·L-1NaOH滴定20.00mL0.1000mol·L-1HCl来说,凡在突跃范围pH=4.30~9.70以内变色的指示剂,都可作为该滴定的指示剂。如酚酞(变色范围pH=8.0^-10.0)、甲基红(变色范围pH=4.4~6.2)、甲基橙(变色范围pH3.1~4.4)以及中性红与亚甲基蓝组成的混合指示剂等,都适用于该滴定示例,终点误差≤士0.1%。

    滴定突跃范围的大小也与酸碱溶液的浓度有关。通过计算,可以得到不同浓度的NaOH与HCl的滴定曲线。当酸碱溶液浓度都增大10倍时,滴定的突跃范围增加2个pH单位;反之,则减小2个pH单位。这在选择指示剂时应该注意。如用1.000mol·L-1NaOH滴定1.000mol·L-1HCl,突跃范围为3.30~10.7,可用甲基橙、甲基红、酚酞等作指示剂。如果用0.01000mol·L-1NaOH滴定0.01000mol·L-1HCl,突跃范围为5.30~8.70,只能用甲基红或酚酞作指示剂,而不能使用甲基橙,否则会增大终点误差。酸碱标准溶液的浓度通常控制在0.1mol·L-1左右。

    二、一元弱酸弱碱的滴定

    1.强碱滴定一元弱酸
    以0.1000mol·L-1NaOH标准溶液滴定20.00mL.0.1000mol·L-1HAc为例为讨论强碱滴定一元弱酸的滴定曲线和指示剂的选择。其滴定反应如下:

    OH-+HAc↔Ac-+H2O

    (1)滴定开始前滴定开始前,溶液中H+主要来自HAc的离解,则:

    (2)滴定开始至化学计量点前在这段滴定过程中,溶液中有未被中和的HAc和反应产物Ac-同时存在,组成了HAc-NaAc缓冲体系,其溶液酸度按缓冲溶液公式计算。即

    pH=pKa一 lg c(HAc)/c(Ac-)

    (3)化学计量点时当加入20.00mLNaOH溶液时,HAc被完全中和成NaAc,此时恰为滴定反应的化学计量点,溶液的酸度由NaAc的水解所决定。

    (4)化学计量点后化学计量点以后,由于过量NaOH的存在,抑制了Ac一的水解,溶液的酸度取决于过量NaOH的浓度。其溶液pH的变化与NaOH滴定HCl相同。

    强碱滴定弱酸具有以下一些特点:

    ①NaOH-HAc滴定曲线起点的pH较NaOH-HCI滴定曲线高2个pH单位,这是因为HAc的离解度较HCl弱的缘故。

    ⑧滴定开始后至约200oHA。被滴定时,NaOH-HAc滴定曲线的斜率比NaOH-HCl的大。这是因为滴定一开始就有NaAc的生成,抑制了HAc的离解,使溶液中的H+浓度迅速降低,pH增加较快。随着NaOH溶液的继续加入,NaAc的浓度相应增大,HAc浓度相应减小,溶液缓冲作用增强,溶液pH增加的速度变慢,因此这一段曲线较为平坦。当接近化学计量点时,由于HAc已很少,缓冲作用大大减弱,Ac-的水解作用增大,pH增加较快,曲线的斜率又迅速增大,直到化学计量点,由于HAc的浓度急剧减小,使溶液的pH突变,形成滴定突跃。

    ③由于Ac-的水解作用,不仅使化学计量点,甚至使临近化学计量点时,溶液的pH已在碱性范围内。所以,NaOH-HAc滴定曲线在误差为士0.1%范围内的突跃范围为pH=7.74~9.70,较NaOH-HCl小得多,且在碱性范围内。

    由此可见,在酸性范围内变色的指示剂,如甲基橙、甲基红等都不能作为NaOH滴定HAc的指示剂,否则将引起较大的滴定误差。只有酚酞、百里酚酞等指示剂,才能用于该滴定。在弱酸的滴定中,突跃范围的大小,除与溶液的浓度有关外,还与酸的强度有关。

    2.强酸滴定一元弱碱

    关于强酸滴定一元弱碱,其情况与强碱滴定弱酸相似,但pH的变化方向相反,因此滴定曲线的形状刚好相反。同时,由于滴定反应产物为强酸弱碱盐,所以化学计量点时溶液呈酸性,滴定突跃发生在酸性范围内。故只能选择在酸性范围内变色的指示剂。

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